KR20180055294A - Fbar 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템 - Google Patents

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강민영
김도형
박재진
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Abstract

FBAR 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템이 개시된다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발진기는 외부의 공진기와 도전 라인을 통해 전기적으로 연결되고, 게이트가 상기 발진기의 제1 출력단에 연결되는 제1 트랜지스터와 게이트가 상기 발진기의 제2 출력단에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하고, 적어도 하나의 발진 패스를 형성하는 제1 크로스 커플드 증폭기 및 상기 도전 라인에 기인하는 스퓨리어스 공진을 제거하기 위해, 상기 제1 크로스 커플드 증폭기 내의 발진 패스에 배치되는 하나 이상의 회로 소자들을 포함하는 스퓨리어스 공진 제거회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

FBAR 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템{FBAR Oscillator and Gas Sensing System using the FBAR Oscillator}
본 개시의 기술적 사상은 FBAR 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템에 관한 것이다.
발진기는 공진기(또는 발진자, Resonator)와 함께 발진에 필요한 다양한 회로를 포함할 수 있다. 일 예로서, 발진기는 다양한 종류의 공진기에 기반하여 발진 신호를 생성할 수 있으며, 크리스털, 세라믹 및 SAW(Surface Acoustic Wave) 등 다양한 종류의 공진기가 발진기에 이용될 수 있다. 공진기의 일 예로서, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)은 하부 전극, 압전층 및 상부 전극이 차례로 적층된 구조를 갖는 공진기로서, 양 전극에 전기적 에너지를 가하면 압전 효과에 의해 음향파(Acoustic wave)가 발생되고, 이로 인해 공진이 발생하는 원리를 이용한다.
FBAR은 실제 발진 신호를 생성하기 위한 회로(예컨대, 증폭기)와 도전 라인을 통해 연결될 수 있으며, 이 때, 도전 라인을 통한 전기적 패스에 기생 성분(예컨대, 기생 인덕턴스)이 존재할 수 있다. 이에 따라, 공진 주파수 이외의 주파수 영역에서 스퓨리어스(spurious) 공진이 발생됨으로써 발진기의 성능이 저하될 수 있으며, 또한 발진기를 이용하는 시스템의 성능 저하가 발생될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상은 스퓨리어스 공진을 효과적으로 제거한 FBAR 발진기를 제공함과 함께, 그 구현 효율성을 향상한 다수의 FBAR 발진기들을 이용한 가스 감지 시스템을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 발진기는 외부의 공진기와 도전 라인을 통해 전기적으로 연결되고, 게이트가 상기 발진기의 제1 출력단에 연결되는 제1 트랜지스터와 게이트가 상기 발진기의 제2 출력단에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하고, 적어도 하나의 발진 패스를 형성하는 제1 크로스 커플드 증폭기 및 상기 도전 라인에 기인하는 스퓨리어스 공진을 제거하기 위해, 상기 제1 크로스 커플드 증폭기 내의 발진 패스에 배치되는 하나 이상의 회로 소자들을 포함하는 스퓨리어스 공진 제거회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 감지 시스템은, 가스를 감지하는 센서들에 기반하여 발진하는 발진 신호들을 출력하는 다수의 발진기들을 포함하고, 상기 가스가 감지됨에 따라 발진 신호들의 주파수가 변동되는 발진기 블록 및 기준 클록 신호와 상기 발진 신호들을 수신하고, 상기 기준 클록 신호의 로직 상태에 따라 상기 발진 신호들에 대한 카운팅 동작을 수행하며, 카운팅된 값을 기반으로 하여 가스 감지 결과를 생성하는 주파수 카운팅 로직을 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 감지 시스템의 동작 방법은, 각각 서로 다른 가스를 감지하는 다수 개의 센서들의 공진 주파수에 기반하여 발진하는 다수의 발진 신호들을 생성하는 단계와, 상기 다수의 발진 신호들 각각과 기준 클록 신호를 이용한 연산을 수행하는 단계 및 상기 연산 결과에 따라 생성된 디지털 코드를 가스 감지 결과로서 출력하는 단계를 구비하는 특징으로 한다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 FBAR 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템은, 기생 성분에 의해 야기될 수 있는 스퓨리어스 공진을 효과적으로 제거할 수 있으므로 발진 성능을 향상할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 FBAR 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템은, 다수 종류의 가스들의 감지를 위한 회로 구성을 용이하게 함으로써 시스템 구현을 위한 면적을 감소함과 함께 전력 소모를 감소할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발진기를 나타내는 블록도이다.
도 2a,b는 도 1의 발진기의 다양한 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 3a,b는 도 1에 도시된 공진기 및 FBAR 기반의 센서의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 발진기의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발진기를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 발진기를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 변형 가능한 실시예에 따른 발진기를 나타내는 회로도이다.
도 8a,b는 본 발명의 실시예들에 따른 발진기에 적용되는 스퓨리어스 공진 제거회로의 다양한 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 시스템의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 10a,b는 도 9에 도시된 가스 감지 시스템의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 11 및 도 12는 도 9의 가스 감지 시스템의 일 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 및 이를 포함하는 디바이스의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 14a,b는 가스 감지 시스템의 다양한 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 변형 가능한 실시예들에 따른 가스 감지 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 18은 스퓨리어스 공진 제거회로가 적용된 가스 감지 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발진기를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 칩(100)은 발진기(Oscillator, 110)를 포함할 수 있으며, 발진기(110)는 반도체 칩(100) 외부의 공진기(Resonator, 101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 발진기(110)는 다양하게 정의될 수 있으며, 일 예로서 발진기(110)는 공진기의 공진 주파수에 대응되는 주파수를 갖는 발진 신호를 생성하기 위한 각종 회로들(예컨대, 발진 회로)을 포함하는 개념으로 정의될 수 있다. 또는, 발진기(110)는 공진기와 함께 전술한 발진 회로를 포함하는 개념으로 정의될 수 있다. 즉, 발진기(110)는 실시예에 따라 발진 회로만을 포함하거나, 또는 공진기 및 발진 회로를 모두 포함하는 개념으로 정의될 수 있으며, 도 1의 실시예에서는 공진기(101)가 반도체 칩(100)의 외부에 배치됨에 따라, 반도체 칩(100)에 구비되는 발진기(110)는 외부의 공진기(101)에 기반하여 발진 신호를 생성하는 발진 회로를 포함하는 것으로 정의될 것이다.
공진기(101) 및 반도체 칩(100)은 다양한 방식에 따라 구현되고, 또한 다양하게 정의될 수 있다. 예컨대, 공진기(101)와 반도체 칩(100)은 서로 다른 웨이퍼 상에 다른 공정으로 구현될 수 있으며, 또한 다양한 종류의 레벨(예컨대, 다이 레벨, 패키징 레벨 등)의 칩으로서 구현될 수 있다. 일 예로서, 공진기(101)는 Micro Electro Mechanical System(MEMS) 공정에 의해 구현되는 하나 이상의 공진기들을 포함하는 칩일 수 있다. 또한, 반도체 칩(100)은 CMOS 공정에 의해 구현되는 다양한 회로들을 포함할 수 있으며, 반도체 칩(100)이 발진 신호를 출력하기 위한 발진기 기능을 수행하는 경우, 반도체 칩(100)은 발진기 칩으로 지칭될 수도 있다.
일 실시예에 따라, 공진기(101)는 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)로 구현될 수 있으며, 공진기(101)는 FBAR 의 구조에 따른 공진 주파수를 가질 수 있다. FBAR 은 전극들 사이에 배치되는 압전층(또는, 압전 박막)을 포함하고, 압전층은 FBAR 의 공진 특성을 결정하는 주요 요소이다. 일 실시예에 따라, 공진기(101)가 다양한 종류의 가스를 감지하기 위한 감지 센서로 이용될 수 있으며, 이 때 감지하고자 하는 종류의 가스에 대응되는 소정의 물질(예컨대, 폴리머 등)이 FBAR에 코팅되고, 상기 코팅된 물질에 의해 FBAR의 공진 특성이 변동될 수 있다.
한편, 발진기(110)는 공진기(101)의 공진 주파수에 상응하는 주파수를 갖는 발진 신호(Fosc)를 출력할 수 있다. 만약, 공진기(101) 및/또는 반도체 칩(100) 내에서의 각종 요소들에 기인한 스퓨리어스(spurious) 공진이 발생되지 않는 경우에는, 발진기(110)는 정상적인 주파수 범위 내에서 발진될 수 있으며, 이에 따라 반도체 칩(100) 내부 또는 외부에서 필요로 되는 주파수를 갖는 발진 신호(Fosc)를 생성할 수 있다. 반면에, 각종 요소들에 기인한 스퓨리어스 공진이 발생되는 경우에는, 발진기(110)는 의도치 않은 주파수에서 발진될 수 있으며, 이에 따라 발진기(110)의 성능이 저하될 수 있다.
공진기(101)와 반도체 칩(100) 내부의 발진기(110)는 본딩 와이어 등의 도전 라인을 통해 연결되고, 이 때 본딩 와이어를 통한 전기적 패스에는 기생 저항 성분, 기생 커패시턴스 성분 및 기생 인덕턴스 성분 등의 각종 기생 성분(SC)이 생성될 수 있다. 스퓨리어스 공진을 야기하는 기생 성분(SC)은 기생 인덕턴스(parasitic inductance)로 모델링될 수 있으며, 스퓨리어스 공진을 제거하기 위해 기생 인덕턴스에 의한 영향이 상쇄될 필요가 있다.
일 실시예에 따라, 발진기(110)는 하나 이상의 크로스 커플드(Cross-coupled) 증폭기를 포함할 수 있으며, 또한 크로스 커플드 증폭기는 서로 각각의 게이트가 상대 트랜지스터의 출력단에 전기적으로 연결되는 트랜지스터 쌍을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 발진기(110)는 스퓨리어스 공진을 제거하기 위한 스퓨리어스 공진 제거회로(SRRC, 111)를 포함할 수 있으며, 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 전술한 기생 인덕턴스에 의한 영향을 상쇄하기 위한 하나 이상의 회로 소자들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 크로스 커플드 증폭기 내에 배치되는 물리적 저항 및/또는 물리적 커패시터를 포함할 수 있다. 즉, 크로스 커플드 증폭기를 구현하기 위한 회로 소자들 이외에, 전술한 기생 인덕턴스에 의한 영향을 상쇄하기 위한 물리적 저항 및/또는 물리적 커패시터가 크로스 커플드 증폭기 내에 더 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 크로스 커플드 증폭기는 발진 신호(Fosc)를 생성하기 위한 발진 패스를 포함하고, 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 발진 패스 상에 형성될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 상기 발진 패스는 크로스 커플드 증폭기 내의 트랜지스터 쌍에서 어느 하나의 트랜지스터의 게이트와 다른 하나의 트랜지스터의 출력단 사이의 패스를 포함하고, 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 하나 이상의 트랜지스터의 게이트에 연결되는 회로 소자들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 발진기(110) 내에서 스퓨리어스 공진 제거회로(111)가 더 배치됨에 따라, 발진기(110) 내의 크로스 커플드 증폭기는 로우 패스 필터의 기능을 수행할 수 있으며, 이에 따라 고주파 영역에서의 스퓨리어스 공진이 제거될 수 있다. 즉, 외부의 공진기(101)와의 전기적 패스의 기생 인덕턴스에 의해 고주파 영역에서 스퓨리어스 공진이 발생될 수 있으나, 스퓨리어스 공진 제거회로(111)에 의해 고주파 영역에서의 스퓨리어스 공진이 제거될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에 따르면, FBAR과 반도체 칩 내부 회로 사이의 도전 라인에 기인한 스퓨리어스 공진이 발진기(110) 내의 발진 패스 상에 형성되는 회로 소자를 이용하여 효과적으로 제거될 수 있다. 즉, 기생 성분의 값을 감소하기 위해 도전 라인 자체를 개선하기 위해서는 물리적인 제약이 발생될 수 있으며, 또한 기생 인덕턴스를 회로적으로 상쇄하기 위해 별도의 인덕터가 구현되는 경우 반도체 칩(100)의 면적이나 구현 비용이 증가될 수 있으나, 전술한 본 발명의 실시예에 따르면 반도체 칩(100)의 면적이나 구현 비용의 증가를 최소화하여 스퓨리어스(spurious) 공진을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 2a,b는 전술한 발진기(110)의 다양한 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 2a를 참조하면, 발진기(110)를 포함하는 반도체 칩(100)은 발진기 칩에 해당할 수 있다. 즉, 발진기 칩은 별도의 칩에 구현되는 공진기(101)로서 외부의 FBAR에 연결되고, FBAR의 공진 주파수에 상응하는 주파수를 갖는 발진 신호(Fosc)를 출력할 수 있다. 일 예로서, 발진기(110)로부터의 발진 신호(Fosc)는 고주파수의 클록 신호를 필요로 하는 어플리케이션 프로세서(Application Processor, 102)로 제공될 수 있다.
한편, 도 2b를 참조하면, 전술한 실시예에서의 반도체 칩(100)은 모바일 장치에 장착되어 다양한 기능을 수행하는 어플리케이션 프로세서 칩에 해당할 수 있다. 발진기(110)에 구비되는 각종 회로들(예컨대, 발진 회로)은 어플리케이션 프로세서 칩 내부에 구현될 수 있으며, 외부의 공진기(101)로서 FBAR에 연결되어 발진 신호(Fosc)를 출력할 수 있다. 발진기(110)에로부터의 발진 신호(Fosc)는 반도체 칩(100) 내부에서 이용될 수 있다.
도 3a,b는 도 1에 도시된 공진기 및 FBAR 기반의 센서의 일 구현 예를 나타내는 도면이다. 이하의 실시예에서, FBAR 기반의 공진기(101)는 FBAR 로 지칭될 수 있으며, 이에 따라 공진기와 FBAR 의 용어가 혼용될 수 있을 것이다. 또한, FBAR을 포함하는 FBAR 기반의 발진기는 FBAR 발진기로 지칭될 수도 있다. 또한, FBAR을 포함하는 FBAR 기반의 센서는 FBAR 센서로 지칭될 수도 있다.
도 3a를 참조하면, FBAR은 하부 전극(101_1), 압전층(101_2) 및 상부 전극(101_3)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다. 압전층(101_2)은 박막 형태로 구현될 수 있으며, 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), PZT(Lead Zirconate Titanate) 또는 그 외의 다양한 종류들의 압전 물질들을 포함할 수 있다. FBAR의 공진 주파수는 압전층(101_2)의 두께에 의해 결정될 수 있으며, 하부 전극(101_1) 및 상부 전극(101_3)으로 공진 주파수에 해당하는 RF(Radio Frequency) 전압이 인가되는 경우 FBAR 은 전극들(101_1, 101_2) 및 압전층(101_2)이 적층된 방향을 따라 공진할 수 있다.
설명의 편의상 도 3a에는 도시되지 않았으나, FBAR은 실리콘 또는 유리인 기판 상에 형성될 수 있으며, 또한 FBAR와 기판 사이에 SiO2 등으로 구현되는 절연층이 배치될 수 있다.
한편, 도 3b는 FBAR 센서를 구현하는 일 예를 나타내며, 도 3b에 도시된 바와 같이 FBAR 센서는 전술한 FBAR 을 구성하는 전극들(101_1, 101_2) 및 압전층(101_2)을 포함할 수 있으며, 또한 냄새나 가스 등(이하, 감지 가능한 각종 대상들은 넓은 의미에서의 가스로 지칭됨)을 감지하거나 측정하기 위해 감지층(101_4)이 FBAR에 코팅(coating)될 수 있다. 상기와 같은 FBAR 센서에 의해 가스 등의 분자가 감지되면 FBAR의 공진 주파수가 변화되고, 발진기로부터 출력되는 발진 신호의 주파수 또한 변화된다. 발진 신호의 주파수를 검출함으로써 가스가 감지 또는 측정될 수 있다. 이외에도, 도 3b의 FBAR 센서는 공기 질량 센서(mass airflow sensor) 및 사물 인터넷(IoT) 센서 등 다른 다양한 종류의 센서로 이용될 수도 있다.
감지층(101_4)의 수용체(receptor)는 다양한 종류의 물질들을 포함할 수 있으며, 일 실시예에 따라 감지층(101_4)에 구비되는 물질들이 감지하는 가스의 종류에 따라 FBAR의 공진 주파수가 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 감지층(101_4)에 의해 감지된 가스의 농도에 따라 FBAR의 공진 주파수가 다양하게 변화될 수 있다. 일 예로서, 감지층(101_4)은 폴리머(polymer)로 구현될 수 있으며, 감지하고자 하는 다양한 종류의 가스들에 대응하는 폴리머를 구현하고 이를 FBAR에 코팅함으로써, 다양한 가스를 감지할 수 있는 FBAR 센서들이 구현될 수 있다.
상기와 같은 FBAR 센서를 포함하는 가스 센싱 시스템은 전자 후각 시스템(Electronic Nose System)으로 이용될 수 있다. 즉, 인체에 해로운 다양한 종류의 가스들을 감지하기 위해 전자 후각 시스템이 이용될 수 있으며, 전자 후각 시스템은 특정 가스에 각각 반응하는 폴리머들이 코팅된 다수의 FBAR 센서들을 이용하여 구현될 수 있으며, 전술한 실시예에 따른 FBAR 센서 기반의 전자 후각 시스템은 작은 크기의 모바일 제품에도 효율적으로 탑재될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 발진기의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 발진기(110)는 하나 이상의 크로스 커플드 증폭기들(112, 113)을 포함할 수 있으며, 전술한 실시예에서의 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 크로스 커플드 증폭기들(112, 113) 각각에 구비될 수 있다. 도 4에서는 발진기(110)가 두 개의 크로스 커플드 증폭기들(112, 113)을 포함함에 따라 2-스텝의 방식의 증폭 동작을 수행하는 예가 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 일 예로서, 발진기(110)는 NMOS 트랜지스터 기반의 하나의 크로스 커플드 증폭기를 포함할 수 있으며, 또는 발진기(110)는 PMOS 트랜지스터 기반의 하나의 크로스 커플드 증폭기를 포함하여도 무방하다.
발진기(110)는 공진기(101)의 공진 주파수에 상응하는 주파수에서 발진함에 따라 발진 신호(Fosc)를 출력할 수 있으며, 일 실시예에 따라 발진 신호(Fosc)는 서로 다른 위상을 갖는 차동 신호를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 발진기(110)는 서로 반대의 위상을 갖는 차동 신호(Out_P, Out_N)를 발진 신호(Fosc)로서 출력할 수 있다.
크로스 커플드 증폭기들(112, 113) 각각은 발진 신호(Fosc)를 출력하기 위한 발진 패스를 포함하고, 일 실시예에 따라 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 발진 패스 상에 배치 또는 연결되는 하나 이상의 회로 소자들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 특정 주파수 영역의 신호를 감쇄하기 위한 하나 이상의 회로 소자들을 포함할 수 있으며, 일 실시예에 따라 스퓨리어스 공진 제거회로(111)는 크로스 커플드 증폭기들(112, 113)을 구현하기 위해 형성되는 회로들 이외에, 크로스 커플드 증폭기들(112, 113)에 물리적으로 부가되는 저항 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발진기 내에 포함되는 스퓨리어스 공진 제거회로의 일 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 발진기(200)는 반도체 칩 내에 구현되고, 반도체 칩 외면에 형성된 하나 이상의 패드들을 통해 외부의 공진기에 전기적으로 연결될 수 있다. 전술한 실시예에서와 같이 외부의 공진기는 FBAR에 해당하고, FBAR과 발진기(200) 사이의 도전 라인(예컨대, 본딩 와이어)에 의해 기생 인덕턴스가 발생되고, 기생 인덕턴스에 의해 스퓨리어스 공진이 야기될 수 있다.
발진기(200)는 외부의 FBAR의 공진 주파수에 상응하는 발진 신호를 생성하기 위한 다양한 회로들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 발진기(200)는 크로스 커플드 증폭기(210)를 포함할 수 있으며, 크로스 커플드 증폭기(210)는 증폭 동작을 수행하는 하나 이상의 트랜지스터들(예컨대, 제1 및 제2 트랜지스터들(T11, T12))을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 트랜지스터들(T11, T12) 각각은 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제1 트랜지스터(T11)의 게이트는 발진기(200)의 제1 출력단(OUT1)에 연결될 수 있으며, 제1 트랜지스터(T12)의 게이트는 발진기(200)의 제2 출력단(OUT2)에 연결될 수 있다. 또한, 발진기(200)는 크로스 커플드 증폭기(210)에 전류를 공급하는 전류 소스부(230)와 발진기(200)의 로드(load)의 역할을 하는 로드부(220)를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 스퓨리어스 공진을 제거하기 위한 회로 소자들이 발진기(200)에 더 구비될 수 있다. 예컨대, 크로스 커플드 증폭기(210) 내에 하나 이상의 회로 소자들이 배치될 수 있으며, 일 예로서 제1 트랜지스터(T11)의 게이트와 상기 제1 출력단(OUT1) 사이의 발진 패스에 하나 이상의 회로 소자들이 배치되고, 제2 트랜지스터(T12)의 게이트와 상기 제2 출력단(OUT2) 사이의 발진 패스에 하나 이상의 회로 소자들이 배치될 수 있다. 또한, 일 예로서, 제1 트랜지스터(T11)의 게이트에 저항(Rf)이 연결되고, 또한 제2 트랜지스터(T12)의 게이트에 저항(Rf)이 연결될 수 있다.
한편, 크로스 커플드 증폭기(210) 내의 커패시터 성분이 스퓨리어스 공진 제거에 더 이용될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 제1 및 제2 트랜지스터(T11, T12)의 게이트에 연결된 커패시터(Cf)는 전술한 발진 패스에 발생되는 기생 커패시턴스 성분에 해당할 수 있다.
또는, 일 실시예에 따라, 적어도 하나의 커패시터들(Cf)이 별도로 더 형성되고, 물리적으로 형성되는 커패시터들(Cf)은 크로스 커플드 증폭기(210) 내의 발진 패스에 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 트랜지스터(T11)의 게이트와 저항(Rf) 사이에 커패시터(Cf)의 일 단이 연결될 수 있으며, 또한 제2 트랜지스터(T12)의 게이트와 저항(Rf) 사이에 커패시터(Cf)의 일 단이 연결될 수 있다.
도 5에 도시된 발진기(200)에 따르면, 발진기(200)에서의 전체 위상 쉬프트가 0도 또는 360도가 되는 주파수에서 발진이 이루어진다. 이 때, 외부의 FBAR과의 전기적 패스에 의한 기생 성분이 고려되지 않는 경우에는, 발진기(200) 내에서의 발진 패스에 의한 전체 위상 쉬프트는 0도 또는 360도를 갖는다. 또한, FBAR 의 커패시턴스 및 인덕턴스 성분에 의해 위상 쉬프트가 발생되며, 특정 주파수에서 FBAR 의 위상 쉬프트가 0도 또는 360도를 가지며, 상기와 같은 특정 주파수에서 발진이 이루어질 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, FBAR과의 전기적 패스에 의한 기생 성분에 의해 위상 쉬프트가 발생되고, 이 때 상기 특정 주파수보다 높은 임의의 주파수에서 스퓨리어스 공진이 발생될 수 있다.
그러나, 상기와 같은 회로 소자들의 배치 및 연결에 따라, 저항(Rf)과 커패시터(Cf)는 저역 통과 필터(LPF)의 기능을 수행하게 되고, 발진 패스를 통해 전달되는 신호의 주파수가 증가할수록 점차 이득이 감소하게 된다. 즉, 외부의 FBAR에 의한 기생 인덕턴스에 기인하는 공진 주파수보다 높은 주파수에서의 스퓨리어스 공진이 제거될 수 있으며, 이에 따라 발진기(200)가 공진 주파수 이외의 주파수에서 발진하는 것이 방지될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 저항(Rf) 및 커패시터(Cf)를 포함하는 스퓨리어스 공진 제거회로가 구비됨에 따라, 원하는 주파수 성분만으로 발진하는 FBAR 발진기(200)가 구현될 수 있다. 일 실시예에 따라, 저항(Rf) 및/또는 커패시터(Cf)의 값은 발진기(200)의 퀄리티 팩터(Q 팩터)를 고려하여 선정될 수 있으며, 스퓨리어스 공진이 제거 또는 감소되는 범위 내에서 발진기(200) 성능 저하가 최소화되도록 그 값이 선정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 발진기를 나타내는 회로도이다. 도 6에서는 크로스 커플드 증폭기가 PMOS 트랜지스터를 포함하는 예가 도시된다. 도 6에 도시된 발진기의 구성 및 동작의 예를 설명함에 있어서, 도 5에 도시된 실시예에서와 중복되는 내용에 대해서는 구체적인 설명이 생략된다.
도 6을 참조하면, 발진기(300)는 크로스 커플드 증폭기(310), 전류 소스부(320), 로드부(330) 및 스퓨리어스 공진을 제거하기 위한 하나 이상의 회로 소자들을 포함할 수 있다. 크로스 커플드 증폭기(310)는 크로스 연결된 제1 및 제2 트랜지스터들(T21, T22)을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 트랜지스터들(T21, T22) 각각은 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
전술한 실시예에서와 유사하게, 스퓨리어스 공진 제거회로를 구성하는 회로 소자들이 크로스 커플드 증폭기(310) 내의 발진 패스에 배치 또는 연결될 수 있다. 일 예로서, 저항(Rf)이 제1 및 제2 트랜지스터들(T21, T22) 각각의 게이트에 연결될 수 있으며, 또한 커패시터(Cf)가 제1 트랜지스터(T21)의 게이트와 저항(Rf) 사이의 노드에 연결될 수 있으며, 또한 커패시터(Cf)가 제2 트랜지스터(T22)의 게이트와 저항(Rf) 사이의 노드에 연결될 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서와 같이 저항(Rf)은 크로스 커플드 증폭기(310) 내에 추가로 형성되는 물리적 저항일 수 있다. 또한, 커패시터(Cf)는 발진 패스에 형성되는 기생 커패시턴스 성분에 해당할 수도 있으며, 또는 커패시터(Cf)는 크로스 커플드 증폭기(310) 내에 추가로 형성되는 물리적 커패시터일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 변형 가능한 실시예에 따른 발진기를 나타내는 회로도이다. 도 7에 도시된 실시예의 발진기의 구성 및 동작을 설명함에 있어서, 전술한 도 5 및 도 6에서와 동일한 구성은 그 동작 또한 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략된다.
도 7을 참조하면, 발진기(400)는 제1 크로스 커플드 증폭기(410), 제2 크로스 커플드 증폭기(420), 로드부(430) 및 전류 소스부(440)를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 실시예들에 따라 발진기(400)는 스퓨리어스 공진 제거회로를 더 포함할 수 있으며, 스퓨리어스 공진 제거회로는 제1 및 제2 크로스 커플드 증폭기들(410, 420) 각각에 포함되는 하나 이상의 회로 소자들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 제1 크로스 커플드 증폭기(410) 내의 제1 트랜지스터(T31)의 게이트에 저항(Rf1) 및 커패시터(Cf1)가 연결될 수 있으며, 이와 유사하게 제2 트랜지스터(T32)의 게이트에 저항(Rf1) 및 커패시터(Cf1)가 연결될 수 있다. 또한, 제2 크로스 커플드 증폭기(420) 내의 제3 트랜지스터(T33)의 게이트에 저항(Rf2) 및 커패시터(Cf2)가 연결될 수 있으며, 이와 유사하게 제4 트랜지스터(T34)의 게이트에 저항(Rf2) 및 커패시터(Cf2)가 연결될 수 있다.
제1 크로스 커플드 증폭기(410) 내의 제1 및 제2 트랜지스터들(T31, T32)은 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있으며, 또한 제2 크로스 커플드 증폭기(420) 내의 제3 및 제4 트랜지스터들(T33, T34)은 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 발진기(400)가 서로 다른 타입의 트랜지스터들 포함하는 두 개의 크로스 커플드 증폭기들(410, 420)을 포함함에 따라, NMOS 및 PMOS 트랜지스터들의 트랜스 컨덕턴스(gm)를 동시에 이용하여 발진기(400)의 출력 레벨을 조절할 수 있다.
도 8a,b는 본 발명의 실시예들에 따른 발진기에 적용되는 스퓨리어스 공진 제거회로의 다양한 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 8a,b를 참조하면, 발진기는 크로스 커플드 증폭기를 포함하고, 크로스 커플드 증폭기는 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)를 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)의 게이트는 발진기의 제1 출력단으로서 제2 트랜지스터(T2)의 일 전극(예컨대, 드레인 전극)에 연결되고, 제2 트랜지스터(T2)의 게이트는 발진기의 제2 출력단으로서 제1 트랜지스터(T1)의 일 전극(예컨대, 드레인 전극)에 연결될 수 있다.
전술한 실시예들에 따라, 크로스 커플드 증폭기 내의 발진 패스에 로우 패스 필터링 기능을 부가함으로써 스퓨리어스 공진이 제거되도록 할 수 있으며, 발진 패스에 대한 로우 패스 필터링 기능은 다양하게 수행될 수 있다. 예컨대, 전술한 바와 같이 크로스 커플드 증폭기 내에 구현되는 저항과, 또한 기생 커패시턴스 성분 또는 물리적으로 더 구현되는 커패시터를 이용한 로우 패스 필터링 기능이 구현될 수 있다.
이외에도, 스퓨리어스 공진 제거회로는 전술한 기능을 수행할 수 있는 다른 다양한 형태로 구현되어도 무방하다. 일 예로서, 도 8a에 도시된 바와 같이 스퓨리어스 공진 제거회로는 발진 패스 상에 형성되는 기생 저항 성분(Rc)과 제1 및 제2 트랜지스터들(T1, T2) 각각의 게이트에 연결되는 커패시터(Cadd)를 포함할 수 있다. 즉, 외부의 FBAR 에 의한 기생 인덕턴스의 영향을 상쇄할 수 있는 커패시턴스 값을 갖는 커패시터(Cadd)를 발진 패스 상에 배치함으로써 스퓨리어스 공진이 제거될 수 있다.
한편, 도 8b를 참조하면, 스퓨리어스 공진 제거회로는 제1 및 제2 트랜지스터들(T1, T2) 각각에 연결되는 다수 개의 회로 소자들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트에는 다수 개의 저항들(Radd1, Radd2) 및 커패시터(Cadd)가 연결될 수 있으며, 또한 제2 트랜지스터(T2)의 게이트에는 다수 개의 저항들(Radd1, Radd2) 및 커패시터(Cadd)가 연결될 수 있다. 일 연결 예로서, 어느 하나의 저항(Radd1)은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트와 제2 트랜지스터(T2)의 일 전극 사이에 배치될 수 있으며, 다른 하나의 저항(Radd2)은 커패시터(Cadd)에 병렬하게 연결될 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서와 유사하게, 커패시터(Cadd)는 발진 패스 내의 기생 커패시턴스 성분이 이용될 수 있으며, 또는 커패시터(Cadd)는 발진 패스 내에 물리적으로 더 구현되는 커패시터가 이용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 도 8a,b에 도시된 구성에 한정될 필요 없이, 스퓨리어스 공진 제거회로는 로우 패스 필터의 기능을 수행하는 다양한 종류의 회로 소자들을 포함할 수 있으며, 또한 상기 회로 소자들은 다양하게 연결될 수 있을 것이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 시스템의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 감지 시스템(500)은 냄새나 가스 등을 감지 및 측정할 수 있는 가스 감지 시스템일 수 있다. 또한, 전술하였던 바와 같이 상기 가스 시스템은 전자 후각 시스템(Electronic Nose System)으로 지칭될 수도 있을 것이다. 이하의 설명에서, 상기 감지 시스템(500)은 가스 감지 시스템으로 지칭될 것이다.
가스 감지 시스템(500)은 하나 이상의 발진기들을 포함하는 발진기 블록(510)과, 발진기들에서 생성되는 발진 신호들에 대한 카운팅 동작에 기반하여 가스 감지 결과(Result_sen)를 생성하는 주파수 카운팅 로직(520)을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 종류의 가스를 감지하는 센서들을 포함하는 센서 블록(530)이 가스 감지 시스템(500)에 더 구비될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서, 센서 블록(530)은 다양한 종류의 센서들을 포함할 수 있다. 전술한 실시예에 따라, 센서 블록(530)은 하나 이상의 종류의 가스들을 감지하기 위한 FBAR 센서들을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 각각의 FBAR 센서는 공진기로서 FBAR 을 포함함과 함께, FBAR에 코팅된 감지층을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 센서 블록(530)은 다른 다양한 종류의 공진기들을 포함하여도 무방하며, 일 예로서 센서 블록(530)은 벌크 음향파 공진기(bulk acoustic wave resonator, BAW), 표면 음향파 공진기(surface acoustic wave resonator, SAW) 및 고정 실장형 공진기(solidly mounted resonator, SMR) 등 다양한 종류의 공진기들을 포함하여도 무방하다.
일 실시예에 따라, 주파수 카운팅 로직(520)은 발진기 블록(510)으로부터의 다수의 발진 신호들에 대한 카운팅 동작에 기반하여 가스 감지 결과(Result_sen)를 생성할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 주파수 카운팅 로직(520)은 기준 클록 신호(CLK)를 이용하여 다수의 발진 신호들에 대한 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 주파수 카운팅 로직(520)은 기준 클록 신호(CLK)가 특정 상태를 갖는 구간(예컨대, 로직 로우 또는 로직 하이) 동안 다수의 발진 신호들 각각의 에지(예컨대, 라이징(rising) 및/또는 폴링(falling) 에지)를 카운팅할 수 있다. 카운팅 결과는 전술한 가스 감지 결과(Result_sen)로서 출력될 수 있으며, 예컨대, 상기 가스 감지 결과(Result_sen)는 소정 개수의 비트들을 갖는 디지털 코드(N-bit Output)에 해당할 수 있다.
디지털 코드(N-bit Output)를 갖는 가스 감지 결과(Result_sen)는 외부의 장치에서 이용될 수 있다. 예컨대, 가스 감지 시스템(500)이 스마트 폰 등의 모바일 장치에 채용되는 경우 어플리케이션 프로세서(501)가 모바일 장치 내에 구비되어 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 가스 감지 시스템(500)으로부터의 가스 감지 결과(Result_sen)는 어플리케이션 프로세서(501)로 제공될 수 있다. 어플리케이션 프로세서(501)는 가스 감지 결과(Result_sen)를 이용한 연산을 수행함으로써 감지된 가스들의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(501)는 가스 감지 결과(Result_sen)를 처리함으로써 가스 감지에 관련된 각종 화면을 디스플레이에 출력하는 등의 각종 동작들을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따라, 가스 감지 시스템(500)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 가스 감지 시스템(500)에 구비되는 각종 구성들이 동일한 웨이퍼에 구현된 하나의 반도체 칩에 해당할 수 있다. 또는, 일 실시예에 따라, 가스 감지 시스템(500)은 적어도 두 개의 반도체 칩들로 구현될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 센서들(예컨대, FBAR 센서들)을 포함하는 센서 블록(530)은 별개의 칩으로 구현되고, 발진기 블록(510)과 주파수 카운팅 로직(520)이 하나의 반도체 칩으로 구현되며, 센서 블록(530)과 발진기 블록(510)은 본딩 와이어 등의 도전 라인을 통해 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.
변형 가능한 실시예로서, 가스 감지 시스템(500) 내에서 디지털 코드(N-bit Output)를 이용한 추가의 처리가 수행될 수도 있다. 예컨대, 전술한 가스들의 농도의 산출 동작 등 다양한 동작들이 가스 감지 시스템(500) 내에서 수행되어도 무방할 것이다.
도 10a,b는 도 9에 도시된 가스 감지 시스템(500)의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다. 이하의 실시예들에서는 가스 감지를 위한 구성으로서 FBAR 센서가 예시될 것이다. 또한, 가스 감지 결과는 N 비트 디지털 코드에 해당하는 것으로 가정된다.
도 10a를 참조하면, 가스 감지 시스템(500)은 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk)을 포함하는 발진기 블록(510)과, 발진기들(OSC1 ~ OSCk)로부터의 발진 신호들(F1 ~ Fk)에 대한 카운팅 동작에 기반하여 감지 결과(N-bit Output)를 출력하는 주파수 카운팅 로직(520)을 포함할 수 있다. 발진기들(OSC1 ~ OSCk) 각각은 전술한 실시예에서의 FBAR 기반의 발진기에 해당할 수 있다. 또한, 발진기들(OSC1 ~ OSCk) 각각은 전술한 실시예에서의 FBAR 센서를 포함할 수 있으며, 발진기들(OSC1 ~ OSCk)의 FBAR 센서 각각에는 감지하고자 하는 특정 가스의 특성들에 맞도록 서로 다른 폴리머가 코팅될 수 있다.
도 10a에 도시된 실시예에서는, FBAR 센서들이 반도체 칩 내부에 온-칩(on-chip) 형태로 구현되는 예가 도시된다. 즉, 전술한 도 9에서의 센서 블록(530)은 발진기 블록(510)과 동일한 반도체 칩에 구현될 수 있다. 또한, 전술하였던 바와 같이, 발진기들(OSC1 ~ OSCk) 각각은 공진기를 포함하는 것으로 정의될 수 있으며, 또는 발진기들(OSC1 ~ OSCk) 각각은 외부의 공진기에 연결된 발진 회로에 해당하는 것으로 정의될 수 있으며, 도 10a에 도시된 실시예에서 발진기들(OSC1 ~ OSCk) 각각은 공진기를 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
또는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 다수 개의 FBAR 센서들을 포함하는 센서 블록(530)은 발진기 블록(510)이 구현되는 반도체 칩과 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 이 때, 발진기 블록(510)이 구현되는 반도체 칩의 패드들과 센서 블록(530)이 구현되는 반도체 칩의 패드들 사이의 본딩 와이어 등의 도전 수단을 통해 발진기 블록(510)과 센서 블록(530)이 전기적으로 연결될 수 있으며, 일 예로서 발진기들(OSC1 ~ OSCk)과 FBAR 센서들이 1 대 1 연결될 수 있다.
다수 개의 FBAR 센서들 각각은 고유한 공진 주파수를 가질 수 있다. 일 예로서 어느 하나의 FBAR은 압전층 및 감지층에 따른 공진 주파수를 가질 수 있으며, 감지층에 의해 감지하고자 하는 가스 분자가 결합되는 경우 상기 고유한 공진 주파수가 변동될 수 있다. 이에 따라, 발진기들(OSC1 ~ OSCk)로부터의 발진 신호들(F1 ~ Fk)의 주파수를 분석함으로써 다양한 종류의 가스들이 감지 및 측정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 가스가 감지되지 않는 환경을 기준으로 하여, 다수 개의 FBAR 센서들은 서로 동일한 공진 주파수를 가질 수 있다. 그리고, 각각의 FBAR 센서에서 대응되는 가스가 감지됨에 따라, 각각의 FBAR 센서의 공진 주파수가 변동될 수 있다. 각각의 센서가 감지하는 가스의 종류가 기 판단될 수 있으며, 공진 주파수의 변동에 따른 발진기들(OSC1 ~ OSCk)로부터의 발진 신호들(F1 ~ Fk)의 주파수 변동을 분석함에 의해 다양한 종류의 가스들이 감지 및 측정될 수 있다.
또는, 일 실시예에 따라, 가스가 감지되지 않는 환경을 기준으로 하여, 다수 개의 FBAR 센서들은 서로 다른 공진 주파수를 가질 수 있다. 전술한 바와 유사하게 발진기들(OSC1 ~ OSCk)로부터의 발진 신호들(F1 ~ Fk)의 주파수 변동을 분석함에 의해 다양한 종류의 가스들이 감지 및 측정될 수 있으며, 이 때, 발진 신호들(F1 ~ Fk)의 주파수의 범위를 통해서도 각각의 센서가 감지하는 가스의 종류가 판단될 수 있을 것이다.
한편, 주파수 카운팅 로직(520)은 기준 클록 신호(CLK)와 발진기 블록(510)으로부터의 발진 신호들(F1 ~ Fk)에 대한 로직 처리를 수행함으로써 가스 감지 결과(N-bit Output)를 생성할 수 있다. 주파수 카운팅 로직(520)의 각종 기능들은 로직 처리를 수행하는 하드웨어적 회로들로 구현될 수 있으며, 또는 프로세서가 워킹 메모리(미도시)에 저장된 프로그램들을 실행함에 의해 주파수 카운팅 로직(520)의 각종 기능들이 소프트웨어적으로 구현될 수 있다. 이 때, 주파수 카운팅 로직(520)은 프로세서 및/또는 워킹 메모리를 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 또는, 주파수 카운팅 로직(520)의 각종 기능들 중 일부는 하드웨어적으로 구현되고 다른 일부는 소프트웨어적으로 구현될 수 있다.
전술한 실시예에 따르면, 발진 신호들(F1 ~ Fk)을 처리하여 다수 종류의 가스들의 감지 결과(N-bit Output)를 생성하기 위해 하나의 기준 클록 신호(CLK) 만이 이용될 수 있다. 또한, 상대적으로 낮은 주파수를 갖는 기준 클록 신호(CLK)를 이용하여 감지 결과(N-bit Output)가 생성될 수 있으므로, 고속 주파수 비교 등의 처리를 위한 회로가 필요하지 않으며, 이에 따라 시스템 구현에 있어서 소모 전력이 감소될 수 있으며, 또한 면적 증가가 최소화될 수 있다.
한편, 도 10a,b에 도시된 실시예에서, 기준 클록 신호(CLK)는 가스 감지 시스템(500)이 채용되는 반도체 칩 내부의 클록 생성기(미도시)로부터 생성될 수 있다. 또는, 기준 클록 신호(CLK)는 가스 감지 시스템(500)이 채용되는 반도체 칩 외부에서 생성되어 가스 감지 시스템(500)으로 제공될 수도 있다.
이하, 전술한 가스 감지 시스템(500)의 구체적인 동작 예를 설명하면 다음과 같다. 전술한 바와 같이 FBAR 센서는 다양하게 배치가 가능하며, 이하의 실시예들에서는 FBAR 센서가 반도체 칩 외부에 배치되는 것으로 가정한다.
도 11 및 도 12는 도 9의 가스 감지 시스템(500)의 일 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 11을 참조하면, 가스 감지 시스템(500) 내의 발진기들(511_1 ~ 511_k) 각각은 가스 감지 시스템(500)이 구비된 반도체 칩의 패드를 통해 공진기에 전기적으로 연결될 수 있다. 다수의 공진기들(501_1 ~ 501_k) 각각은 고유한 공진 주파수를 가지며, 가스가 감지됨에 따라 다수의 공진기들(501_1 ~ 501_k) 각각의 공진 주파수가 변동되며, 발진기들(511_1 ~ 511_k)은 공진 주파수의 변동에 대응하여 그 주파수가 변동되는 발진 신호들(F1 ~ Fk)을 출력할 수 있다.
한편, 도 12를 참조하면, 주파수 카운팅 로직(520)은 하나 이상의 로직 소자들과 하나 이상의 카운터들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 도 12에는 주파수 카운팅 로직(520)이 다수의 발진기들(511_1 ~ 511_k)에 공유되는 구조를 가짐에 따라, 주파수 카운팅 로직(520)이 하나의 로직 소자(521)와 하나의 클록 카운터(522)를 포함하는 예가 도시된다. 또한, 일 예로서, 로직 소자(521)는 기준 클록 신호(CLK)와 발진 신호들(F1 ~ Fk) 각각에 대한 AND 연산을 수행하는 AND 로직을 포함할 수 있다. 또한, 클록 카운터(522)는 로직 소자(521)로부터 출력되는 신호의 클록을 카운팅하여 전술한 감지 결과(N-bit Output)를 생성할 수 있다.
제1 발진기(511_1)를 예로 들면, 제1 발진기(511_1)는 제1 종류의 가스가 감지되는 경우와 감지되지 않는 경우에서 F 만큼의 주파수 차이를 갖는 제1 발진 신호(F1)를 출력할 수 있다. 또한, 감지된 가스의 농도에 따라 주파수 차이에 해당하는 F의 값은 변동될 수 있다.
로직 소자(521)는 기준 클록 신호(CLK)와 제1 발진 신호(F1)에 대한 AND 연산을 수행하고, 기준 클록 신호(CLK)가 로직 하이(H)를 갖는 구간 동안 토글링(toggling)이 활성화되는 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 기준 클록 신호(CLK)의 주파수를 변동함으로써 토글링이 활성화되는 구간이 변동될 수 있다. 예컨대, 상기 기준 클록 신호(CLK)의 주파수가 낮을수록 토글링이 활성화되는 구간이 길어질 수 있다. 로직 소자(521)의 출력은 클록 카운터(522)의 카운터 입력(Counter Input)으로서 제공되고, 카운터 입력의 토글링(toggling)이 활성화되는 구간에서의 클록의 주파수는 제1 발진 신호(F1)의 주파수에 상응할 수 있다.
클록 카운터(522)는 로직 소자(521)의 출력에 해당하는 카운터 입력(Counter Input)을 수신하고, 클록의 라이징(rising) 및/또는 폴링(falling) 에지의 개수를 카운팅할 수 있다. 에지의 개수를 카운팅한 결과는 F1/Fext에 비례하는 값을 가질 수 있으며, 일 예로서 클록의 라이징(rising) 및 폴링(falling) 에지가 함께 카운팅되는 경우 에지의 개수를 카운팅한 결과는 F1/Fext에 해당할 수 있다. 상기 에지의 개수를 카운팅한 결과에 따라 N 비트 디지털 코드가 생성될 수 있으며, N 비트 디지털 코드가 감지 결과(N-bit Output)로서 출력될 수 있다. 또한, 감지 결과(N-bit Output)를 분석함에 의해 기준 클록 신호(CLK)의 주파수(Fext)에 상대적인 주파수 값이 판단될 수 있다. 예컨대, 기준 클록 신호(CLK)의 주파수(Fext)는 기 설정된 값을 가질 수 있으므로, 감지 결과(N-bit Output)의 분석을 통해 제1 발진 신호(F1)의 주파수가 판단될 수 있다.
상기 카운팅 동작은 다양한 방식에 따라 수행될 수 있다. 일 예로서, 도 12에서는 기준 클록 신호(CLK)의 하나의 주기 내에서 클록이 카운팅되는 것으로 도시되었으나, 기준 클록 신호(CLK)의 두 개 이상의 주기 내에서 클록이 카운팅되어도 무방하다. 예컨대, 클록의 카운팅 구간이 증가할수록 감지 결과(N-bit Output)의 오차는 감소될 수 있을 것이다. 또한, 전술한 예에서는 클록의 라이징 및 폴링 에지들을 모두 카운팅하는 것으로 설명되었으나, 클록의 라이징 에지만 카운팅하거나 폴링 에지만 카운팅하여도 무방할 것이다.
이와 유사하게, 나머지 발진기들(511_2 ~ 511_k)의 발진 신호들(F2 ~ Fk) 또한 주파수 카운팅 로직(520)으로 제공되고, 발진 신호들(F2 ~ Fk) 각각에 대응되는 감지 결과(N-bit Output)가 생성될 수 있다. 일 예로서, 발진 신호들(F2 ~ Fk) 각각에 대응되는 감지 결과(N-bit Output)를 통해 발진 신호들(F2 ~ Fk) 각각의 주파수가 판단될 수 있으며, 이를 통하여 다양한 종류의 가스가 감지 또는 측정될 수 있다.
전술한 실시예에 따르면, 다수의 발진기들(511_1 ~ 511_k)에 대응하여 간단한 로직 소자 및 클록 카운터만이 배치되고, 원하는 가스 감지 결과가 디지털 코드 형태로서 용이하게 생성될 수 있으므로, 저전력 및 면적 감소 측면에서 장점을 가질 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 및 이를 포함하는 디바이스의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 13을 참조하면, 가스 감지 시스템은 다수 개의 발진기들을 포함하고, 각각의 발진기는 고유한 공진 주파수를 갖는 FBAR 센서를 포함할 수 있다. 각각의 발진기의 FBAR 센서에 구비되는 폴리머들의 특성에 따라, 발진기들은 서로 다른 종류의 가스들을 감지한 결과를 나타내는 발진 신호들을 생성할 수 있다(S11).
발진 신호들의 주파수를 판단하기 위해 기준 클록 신호가 이용될 수 있다. 일 실시예에 따라 기준 클록 신호는 발진 신호들에 비해 낮은 주파수를 가질 수 있으며, 다수 개의 발진기들로부터 생성된 다수의 발진 신호들 각각에 대해 기준 클록 신호를 이용한 연산 동작이 수행될 수 있다(S12). 각각의 발진 신호와 기준 클록 신호를 이용한 다양한 연산 동작이 수행될 수 있으며, 전술한 실시예에 따라 발진 신호와 기준 클록 신호에 대한 AND 연산이 수행되고, AND 연산 결과로서 출력되는 신호(예컨대, 카운터 입력)의 에지 개수를 카운팅하기 위한 카운팅 연산이 수행될 수 있다.
카운팅 연산 결과에 따라 가스 감지 결과를 나타내는 디지털 코드가 생성될 수 있다(S13). 상기 디지털 코드는 기준 클록 신호 대비 발진 신호의 주파수의 비에 관련된 값이 포함될 수 있으며, 가스 감지 시스템은 상기 디지털 코드에 해당하는 가스 감지 결과를 출력할 수 있다.
가스 감지 시스템으로부터의 가스 감지 결과는 다양한 방식에 따라 이용될 수 있으며, 일 실시예에 따라 가스 감지 결과는 가스 감지 시스템이 채용된 디바이스 내의 어플리케이션 프로세서 등의 반도체 칩으로 제공될 수 있다. 어플리케이션 프로세서는 상기 디지털 코드를 이용한 처리 동작을 수행함으로써 가스 감지와 관련된 다양한 기능을 수행할 수 있으며, 일 실시예에 따라 감지된 가스의 농도가 측정될 수 있다(S14).
도 14a,b는 가스 감지 시스템의 다양한 구현 예를 나타내는 블록도이다. 도 14a,b에는 도시되지 않았으나, FBAR가 발진기 내에 구비되거나, 외부의 FBAR이 발진기와 전기적으로 연결될 수 있을 것이다.
도 14a를 참조하면, 가스 감지 시스템(600A)은 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk)을 포함하는 발진기 블록(610A)과, 발진 신호들(F1 ~ Fk)에 대한 카운팅 동작을 수행하는 주파수 카운팅 로직(620A)을 포함할 수 있다. 또한, 가스 감지 시스템(600A)은, 발진기 블록(610A)으로부터 발진 신호들(F1 ~ Fk)을 수신하고 어느 하나의 발진 신호를 선택적으로 출력하는 선택부(630A)와, 상기 선택부(630A)로 제어 신호(ctrl)를 제공하는 제어 로직(640A)을 더 포함할 수 있다.
도 14a에 도시된 실시예에서, 주파수 카운팅 로직(620A)은 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk)에 의해 공유될 수 있다. 즉, 주파수 카운팅 로직(620A)은 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk) 각각에 의해 시분할적으로 이용될 수 있으며, 선택부(630A)는 제어 신호(ctrl)에 응답하여 발진 신호들(F1 ~ Fk)을 순차적으로 주파수 카운팅 로직(620A)으로 제공할 수 있다. 또한, 주파수 카운팅 로직(620A)은 기준 클록 신호(CLK)와 발진 신호들(F1 ~ Fk)에 대한 AND 연산 및 카운팅 연산 등의 로직 처리를 수행함으로써 감지 결과(N-bit Output)를 생성할 수 있다. 또한, 다수의 센서들(예컨대, FBAR 센서들)에 의한 다수의 감지 결과(N-bit Output)가 순차적으로 생성될 수 있다.
한편, 도 14b는 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk) 각각에 대응하여 주파수 카운팅 로직이 별개로 배치되는 예를 나타낸다. 도 14b를 참조하면, 가스 감지 시스템(600B)은 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk)을 포함하는 발진기 블록(610B)과 다수의 주파수 카운팅 로직들(621B_1 ~ 621B_k)을 포함하는 주파수 카운팅 로직 블록(620B)을 포함할 수 있다. 기준 클록 신호(CLK)는 주파수 카운팅 로직 블록(620B) 내의 다수의 주파수 카운팅 로직들(621B_1 ~ 621B_k)로 공통하게 제공될 수 있다. 또한, 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk)로부터의 발진 신호들(F1 ~ Fk)은 다수의 주파수 카운팅 로직들(621B_1 ~ 621B_k)로 1 대 1 대응되게 제공될 수 있다.
전술한 실시예에서와 동일 또는 유사한 방식에 따라 다수의 주파수 카운팅 로직들(621B_1 ~ 621B_k) 각각은 N 비트 디지털 코드에 해당하는 감지 결과(N-bit Output)를 생성할 수 있다. 일 예로서, 제1 주파수 카운팅 로직(621B_1)은 제1 종류의 가스 감지 결과를 나타내는 제1 감지 결과(N-bit Output_1)를 생성할 수 있으며, 또한, 제k 주파수 카운팅 로직(621B_k)은 제k 종류의 가스 감지 결과를 나타내는 제k 감지 결과(N-bit Output_k)를 생성할 수 있다. 또한, 주파수 카운팅 로직 블록(620B)으로부터의 제1 내지 제k 감지 결과들(N-bit Output_1 ~ N-bit Output_k)은 병렬하게 출력될 수 있다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 변형 가능한 실시예들에 따른 가스 감지 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 15를 참조하면, 가스 감지 시스템(700)은 다수의 발진기들(OSC1 ~ OSCk)을 포함하는 발진기 블록(710)과 발진 신호들(F1 ~ Fk)에 대한 카운팅 동작을 수행하는 주파수 카운팅 로직(720)을 포함할 수 있다. 또한, 가스 감지 시스템(700)에서 이용되는 각종 클록 신호들이 높은 주파수를 갖는 경우, 높은 주파수의 클록 신호를 처리하기 위한 전력 소모가 증가하는 등 처리 부담이 증가될 수 있으며, 이와 같은 처리 부담을 감소하기 위하여 하나 이상의 분주기들이 가스 감지 시스템(700)에 더 구비될 수 있다. 일 실시예에 따라, 가스 감지 시스템(700)은 기준 클록 신호(CLK)를 분주하고, 분주된 클록 신호를 주파수 카운팅 로직(720)으로 제공하는 주파수 분주기(730)와, 발진 신호들(F1 ~ Fk) 각각을 분주하기 위한 다수의 분주기들을 포함하는 분주기 블록(740)을 더 포함할 수 있다. 도 15에 도시된 다수의 분주기들 각각은 하나 이상의 플립 플롭을 이용한 주파수 분주 동작을 수행할 수 있다.
상기와 같은 분주 동작에 따라, 주파수 카운팅 로직(720)으로 제공되는 기준 클록 신호(CLK)의 주파수가 1/M으로 분주될 수 있다. 또한, 주파수 카운팅 로직(720)으로 제공되는 발진 신호들(F1 ~ Fk) 각각의 주파수가 1/P로 분주될 수 있다. 이 경우, 감지 결과(N-bit Output)는 기준 클록 신호(CLK)의 주파수 대비 발진 신호들(F1 ~ Fk) 각각의 주파수의 비를 나타내는 디지털 코드를 가질 수 있으며, 일 예로서 감지 결과(N-bit Output)는 (Fk/P)/(Fext/M)에 상응하는 값을 가질 수 있다.
한편, 도 16을 참조하면, 가스 감지 시스템에 많은 양의 노이즈가 유입된 경우, 랜덤 노이즈(random noise)를 제거하기 위한 구성이 가스 감지 시스템에 부가되는 예가 도시된다. 이를 위해, 가스 감지 시스템(700)은 도 15에 도시된 실시예에서의 구성들 이외에도, 주파수 카운팅 로직(720)으로부터의 출력에 대한 노이즈 평균화(Noise Average)를 위한 주파수 분주기(750)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 주파수 분주기(750)는 주파수 카운팅 로직(720)으로부터의 출력되는 신호를 1/L 분주하고, 주파수 카운팅 로직(720)으로부터의 출력을 1/L 분주한 신호를 감지 결과(N-bit Output)로서 생성할 수 있다.
주파수 카운팅 로직(720)의 출력단에 연결된 주파수 분주기(750)의 분주 특성에 따라 노이즈 값이 1/sqrt(L) 만큼 감소될 수 있다. 또한, 감지 결과(N-bit Output)는 [(Fk/P)/(Fext/M)]/L에 상응하는 값을 가질 수 있다. 일 실시예에 따라, 주파수 카운팅 로직(720)이 카운팅을 수행하는 구간이 전술한 실시예에 비해 길게 설정되고, 주파수 카운팅 로직(720)의 출력(예컨대, 디지털 코드)을 분주함으로써 전술한 실시예에서와 동일한 값을 갖는 디지털 코드가 생성될 수 있다.
한편, 가스 감지 시스템에 구비되는 다수의 FBAR 센서들(또는, 다수의 발진기들) 각각은 반도체 칩 양산시 오차가 발생될 수 있다. 예컨대, FBAR 센서들을 포함하는 대량의 반도체 칩(또는, 가스 감지 시스템)을 양산하는 경우, 동일한 공진 주파수 특성을 가져야 할 FBAR 센서가 반도체 칩들 사이에서 오차를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 종류의 가스를 감지하는 제1 FBAR에 의해 특정 농도의 가스가 감지될 때 100에 해당하는 디지털 코드 값이 생성되어야 하나, 상기와 같은 양산시의 오차에 따라 다른 반도체 칩에서는 오차가 존재하는 디지털 코드 값이 생성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 가스 감지 시스템(700)은 도 16에 도시된 실시예에서의 구성들 이외에도, 감지 결과(N-bit Output)에 대한 후처리 동작을 위한 데이터 처리 블록(760)을 더 포함할 수 있다. 도 17에서는 데이터 처리 블록(760)이 도 16에 도시된 실시예에서의 가스 감지 시스템(700)에 부가되는 예가 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 예컨대, 데이터 처리 블록(760)은 전술하였던 다양한 실시예들의 가스 감지 시스템에 부가되어도 무방하다.
한편, 도 17에서는 데이터 처리 블록(760)이 주파수 카운팅 로직(720) 및 주파수 분주기(750)의 후단에 하드웨어적으로 구현되는 예가 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 예컨대, 전술한 FBAR 센서의 오차를 소프트웨어적으로 보정하기 위한 프로그램들이 소정의 워킹 메모리(미도시)에 저장될 수 있으며, 가스 감지 시스템(700)은 주파수 카운팅 로직(720)의 출력 또는 주파수 분주기(750)의 출력에 대해 소프트웨어 방식에 따라 오차 보정 동작을 수행할 수도 있다.
FBAR 센서(또는, 발진기)의 오차는 다양하게 발생될 수 있다. 일 예로서, 주파수 오프셋, 게인 에러(gain error) 및 온도 특성 등의 미스매치(mismatch) 성분에 따라 FBAR 센서(또는, 발진기)에서 오차가 발생될 수 있다. 상기와 같은 미스매치 성분을 소정의 기준 환경에서 측정하고 그 측정 결과에 따른 기준 정보(Ref. Info)가 데이터 처리 블록(760)에 저장될 수 있다. 데이터 처리 블록(760)는 기 저장된 기준 정보를 이용하여 전술한 오차를 보정하고, 보정된 감지 결과(N-bit Output)를 생성할 수 있다.
도 18은 스퓨리어스 공진 제거회로가 적용된 가스 감지 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 18을 참조하면, 가스 감지 시스템(800)은 하나 이상의 FBAR 센서들을 포함하는 외부의 센서 블록(801)에 연결될 수 있으며, 전술한 실시예들에 따라 가스 감지 시스템(800)과 센서 블록(801)가 본딩 와이어 등의 도전 라인을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 도전 라인에 의해 스퓨리어스 공진이 발생될 수 있다.
발진기 블록(810)은 다수 개의 발진기들을 포함하고, 전술한 실시예들에 따라 센서 블록(801) 내의 FBAR 센서들의 공진 주파수 변동에 따라 그 주파수가 변동되는 발진 신호들을 출력할 수 있다. 또한, 스퓨리어스 공진을 제거하기 위해 발진기 블록(810) 내에는 스퓨리어스 공진 제거회로가 구비될 수 있으며, 전술한 실시예들에 따라 각각의 발진기 내의 발진 패스 상에 형성 또는 연결되는 하나 이상의 회로 소자들이 배치될 수 있다.
주파수 카운팅 로직(520)은 스퓨리어스 공진이 제거된 발진 신호들을 수신하고, 기준 클록 신호(CLK)와 발진 신호들에 대한 연산 동작에 기반하여 감지 결과(N-bit Output)를 발생할 수 있다. 스퓨리어스 공진에 의해 의도하지 않은 주파수 영역에서의 발진이 방지될 수 있으므로, 가스 감지 시스템(800)에서 출력되는 감지 결과(N-bit Output)의 정확도가 더 향상될 수 있다.
전술한 실시예들에서의 전자 후각 시스템 또는 전자 후각 시스템을 포함하는 반도체 칩은 다양한 종류의 폴리머들을 이용하여 다양한 종류의 가스를 감지할 수 있으므로 각종 용도로 이용될 수 있다. 예컨대, 전술한 실시예들에서의 전자 후각 시스템은 모바일 용 공기 청정도 감지 센서, 유해 환경 물질 감지 센서, 음식물 등의 부패 정도를 감지할 수 있는 가전 제품용 센서 및 모바일 음주 측정기 등 다양한 용도로 이용될 수 있을 것이다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 발진기에 있어서, 상기 발진기는 외부의 공진기와 도전 라인을 통해 전기적으로 연결되고,
    게이트가 상기 발진기의 제1 출력단에 연결되는 제1 트랜지스터와 게이트가 상기 발진기의 제2 출력단에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하고, 적어도 하나의 발진 패스를 형성하는 제1 크로스 커플드 증폭기; 및
    상기 도전 라인에 기인하는 스퓨리어스 공진을 제거하기 위해, 상기 제1 크로스 커플드 증폭기 내의 발진 패스에 배치되는 하나 이상의 회로 소자들을 포함하는 스퓨리어스 공진 제거회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발진 패스는, 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 상기 제1 출력단 사이의 제1 발진 패스를 포함하고,
    상기 스퓨리어스 공진 제거회로는, 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 상기 제1 출력단 사이에 배치되는 제1 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스퓨리어스 공진 제거회로는, 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 상기 제1 저항 사이의 노드에 그 일 단이 연결되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 발진 패스는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 출력단 사이의 제2 발진 패스를 더 포함하고,
    상기 스퓨리어스 공진 제거회로는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 출력단 사이에 배치되는 제2 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스퓨리어스 공진 제거회로는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 저항 사이의 노드에 그 일 단이 연결되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 크로스 커플드 증폭기는, 상기 외부의 공진기로서 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발진기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 회로 소자들은, 상기 발진 패스에서 로우 패스 필터링 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 크로스 커플드 증폭기에 전기적으로 연결되고, 게이트가 상기 제1 출력단에 연결되는 제3 트랜지스터와 게이트가 상기 제2 출력단에 연결되는 제4 트랜지스터를 포함하는 제2 크로스 커플드 증폭기를 더 구비하고,
    상기 제1 및 제2 트랜지스터들은 NMOS 및 PMOS 트랜지스터들 중 어느 하나로 구현되고, 상기 제3 및 제4 트랜지스터들은 NMOS 및 PMOS 트랜지스터들 중 다른 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 발진기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스퓨리어스 공진 제거회로는, 상기 제2 크로스 커플드 증폭기 내의 발진 패스에 배치되는 하나 이상의 회로 소자들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 크로스 커플드 증폭기 내의 발진 패스에 배치되는 하나 이상의 회로 소자들은, 상기 제3 트랜지스터의 게이트와 상기 제1 출력단 사이에 배치되는 제1 저항 및 상기 제4 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 출력단 사이에 배치되는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  11. 가스를 감지하는 센서들에 기반하여 발진하는 발진 신호들을 출력하는 다수의 발진기들을 포함하고, 상기 가스가 감지됨에 따라 발진 신호들의 주파수가 변동되는 발진기 블록; 및
    기준 클록 신호와 상기 발진 신호들을 수신하고, 상기 기준 클록 신호의 로직 상태에 따라 상기 발진 신호들에 대한 카운팅 동작을 수행하며, 카운팅된 값을 기반으로 하여 가스 감지 결과를 생성하는 주파수 카운팅 로직을 구비하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기준 클록 신호는 상기 발진 신호들에 비해 낮은 주파수를 가지며,
    상기 주파수 카운팅 로직은, 상기 카운팅 동작에 따라 다수의 비트들을 포함하는 디지털 코드를 상기 가스 감지 결과로서 출력하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 발진기 블록은 서로 다른 종류의 물질이 코팅된 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 발진기 블록은, 상기 감지 시스템 외부에 배치되고 서로 다른 종류의 물질이 코팅된 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 센서들과 도전 라인을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 발진기들 각각은,
    대응하는 FBAR 센서의 공진 주파수에 따라 발진하는 발진 신호를 생성하고, 크로스 커플드 구조에 따른 연결 관계를 갖는 제1 및 제2 트랜지스터들을 포함하는 크로스 커플드 증폭기; 및
    상기 도전 라인에 기인하는 스퓨리어스 공진을 제거하기 위해, 상기 크로스 커플드 증폭기 내의 발진 패스 상에 배치되는 하나 이상의 회로 소자들을 포함하는 스퓨리어스 공진 제거회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 상기 주파수 카운팅 로직은,
    상기 발진 신호들 중 어느 하나의 발진 신호와 상기 기준 클록 신호에 대해 논리곱(AND) 연산을 수행하는 논리곱 연산기; 및
    상기 논리곱 연산기로부터 출력되는 신호를 카운터 입력으로 수신하고, 상기 카운터 입력에 대한 카운팅 동작을 수행하는 클록 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 발진기들로부터 상기 발진 신호들을 수신하고, 수신된 발진 신호들을 M 분주하여 상기 주파수 카운팅 로직으로 출력하는 하나 이상의 제1 주파수 분주기들을 포함하는 분주기 블록을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(단, M은 2 이상의 정수).
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기준 클록 신호를 수신하고, 수신된 기준 클록 신호를 N 분주하여 상기 주파수 카운팅 로직으로 출력하는 제2 주파수 분주기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템(단, N은 2 이상의 정수).
  19. 제17항에 있어서,
    상기 감지 시스템 내부로 제공되는 노이즈에 의한 영향을 감소하기 위해, 상기 주파수 카운팅 로직의 출력단에 연결되어 상기 주파수 카운팅 로직의 출력에 대한 주파수 분주를 수행하는 제2 주파수 분주기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    다수의 감지 시스템들 사이에서의 센서의 오차를 보정하기 위해, 소정의 기준 환경에서 측정된 상기 센서들 각각의 오차를 나타내는 기준 정보를 저장하고, 상기 기준 정보를 이용하여 상기 주파수 카운팅 로직으로부터의 출력에 대해 오차 보정 동작을 수행하는 데이터 처리 블록을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
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